L'huître creuse C. gigas a connu des épisodes récurrents de mortalités estivales. En 2009, l'ostréiculture a connu la plus grave crise écologique et économique jamais observée depuis l'introduction de cette espèce sur les côtes françaises. Les études réalisées précédemment dans le but de comprendre les causes de ces mortalités, attribuent une origine multifactorielle faisant intervenir, de manière concomitante, des paramètres environnementaux, des conditions physiologiques particulières de l'huître, en association à la présence de microorganismes pathogènes tels que les vibrions appartenant aux espèces V. aestuarianus, V. splendidus et le virus OsHV-1. Ainsi, l'ensemble des travaux menés au cours de cette thèse représentent une contribution à l'étude d'une réponse immunitaire efficace de l'huître creuse Crassostrea gigas aux infections vibrions pathogènes.Le travail de thèse qui vous a été présenté a été réalisé dans le but de progresser encore sur la compréhension de la réponse immunitaire de l'huître creuse. Ce travail nous a permis d'établir une cartographie des modifications transcriptionnelles par la technique DGE (Digital Gene Expression) et notamment par l'identification d'effecteurs ou mécanismes entrant en jeu dans une réponse efficace vis-à-vis des agents infectieux et conduisant à son élimination. Le modèle (Crassostrea gigas – V. aestuarianus/V. splendidus) s'est avéré adapté à cette étude. Les mécanismes identifiés au cours de cette thèse, devront être étudiés plus précisément, puisque la plupart des gènes surreprésentés chez les huîtres survivantes ont des fonctions putatives. Nous avons suggéré l'implication de ces gènes dans le processus de survie des huîtres au cours d'une réponse efficace aux infections bactériennes. Il est apparu nécessaire de développer des recherches autour des défenses de l'huître creuse C. gigas avec pour objectif le développement de stratégies destinées à limiter l'impact des maladies. A long terme, ces stratégies seront applicables soit en prophylaxie afin de détecter des déficiences et prévenir le développement de maladies, soit en sélection génétique pour le criblage de géniteurs présentant des capacités de défenses optimales. / Aquatic organisms and particularly marine invertebrates, such as the oyster Crassostrea gigas, harbour an abundant and diverse microflora on their surface (epibiosis) or inside their tissues (endobiosis) where Vibrio splendidus is found as a dominant culturable Vibrio. With Evolution, oysters have developed effective systems for maintaining their homeostasis and discriminating the bacteria beneficial for their physiological fitness from the potentially harmful and pathogenic ones. However, for decades, the cultivated Pacific oyster C. gigas is suffering large scale summer mortality phenomenon that is reported in all areas of the world where this species is cultivated. Considerable effort has been invested in advanced genomic technologies to understand and characterize the major traits that govern the tolerance of oysters to stressful culture conditions and to pathogenic bacteria. In particular, immune-related genes have been characterized from C. giga. Briefly, a variety of antimicrobials have been fully characterized. Whereas most of these immune genes were shown to be modulated during infections, the molecular mechanisms by which the oyster can survive virulent Vibrio infections remained totally unknown. Here, our objective was to develop a better understanding of the genetic-level responses of oysters to pathogenic versus non pathogenic bacteria and to identify genes that are involved in physiological and immune responsiveness to circumvent the infections. In this attempt, we have performed a comprehensive analysis of the transcriptome of oyster immunity (hemocytes), using Digital Gene Expression (DGE). The study aimed to compare the expression profiles of the two libraries and, beyond gene identification and functional annotation, to explore the putative functions involved in the capability of oysters to circumvent and to survive infections. This is the first report on genome-wide transcriptional analysis of oyster survival-responsiveness.

Les objectifs de cette thèse étaient d'explorer les mécanismes moléculaires et les bases génétiques impliquées dans la survie des huîtres Crassostrea gigas à des maladies infectieuses, en considérant deux souches de Vibrio pathogènes pour l'huître (V. splendidus LGP32 et V. aestuarianus LPi 02/41) qui ont été associées aux phénomènes de mortalités massives d'huîtres en France. Par l'approche transcriptomique de « Digital Gene Expression », nous avons identifié des composants génétiques d'une réponse efficace à des infections par des Vibrio virulents. La capacité de survie des huîtres se traduit par l'expression basale d'une combinaison de 14 gènes hémocytaires, une signature de survie, et par l'induction de différentes fonctions cellulaires au cours de la réponse immunitaire. Une analyse transcriptomique détaillée au niveau individuel a révélé un extraordinaire polymorphisme d'expression basale des gènes, incluant des cas où chez certaines huîtres des transcrits sont absents. Afin de comprendre ce polymorphisme, nous nous sommes intéressés à la caractérisation d'une nouvelle famille de peptides antimicrobiens (PAMs), les big défensines (Cg-BigDef). Nous avons montré que Cg-BigDef est une famille de PAMs composée de trois membres et diversifiée en termes de séquences, d'organisation génomique et de régulation de l'expression des gènes. Les Cg-BigDefs sont codées par des gènes distincts dont l'expression est régulée suivant différents modes en réponse à une infection. Chose intéressante, certaines huîtres n'expriment pas simultanément les trois formes de Cg-BigDef ou dans certains cas, n'en expriment aucune. Nous avons démontré que l'absence d'expression basale de Cg-BigDef est liée à l'absence de gène correspondant dans le génome des huîtres. C'est la première mise en évidence chez un invertébré de variation de présence/absence (PAV) de gènes, un phénomène qui pourrait contribuer à une susceptibilité accrue aux maladies infectieuses. / The objectives of this thesis were to explore the molecular mechanisms and genetic bases involved in Crassostrea gigas oyster survival to infectious diseases, considering two Vibrio strains (V. splendidus LGP32 and V. aestuarianus LPi 02/41) pathogenic for oysters which have been shown to be involved in C. gigas mass mortalities in France. By the Digital Gene Expression transcriptomic approach, we have identified some genetic components implicated in a successful response and survival to virulent Vibrio infections. Oyster survival capacity is reflected by the basal expression of a selected combination of hemocyte genes, a 14-gene survival signature, and by the induction of some cellular functions during the oyster immune response. A detailed transcriptomic analysis at individual level revealed an extraordinary interindividual polymorphism in basal gene expression, including cases where some transcripts are fully absent. In order to understand this striking variability in gene expression, we have focused on the characterization of a novel family of antimicrobial peptides (AMP) in C. gigas oysters, the big defensins (Cg-BigDef). We have shown that Cg-BigDef is an AMP family, composed of three members, and diversified in terms of sequences but also in terms of genomic organization and regulation of gene expression. Each Cg-BigDef form is encoded by a distinct gene that follows different patterns of gene regulation upon Vibrio infection. Interestingly, some oysters were shown do not express simultaneously the three Cg-BigDef forms or any Cg-BigDef. We demonstrated that the absence of Cg-BigDef basal gene expression is likely due to the absence of the Cg-bigdef gene in oyster genome. This is the first evidence in an invertebrate of a presence/absence variation (PAV) of genes, a phenomenon that could be associated to a susceptibility to infectious diseases.

Pediatric acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most common malignancy in children, which results from the malignant transformation of progenitor cells in the bone marrow into leukemic cells. The precise mechanisms for this transformation are not well defined, however recent studies suggest that aberrant regulation of gene expression or DNA methylation may play an important role. Hence, the aim of this thesis was to use novel methods to investigate genome-wide gene expression and DNA methylation patterns in a large collection of primary ALL cells from pediatric patients. With these studies, we aimed to increase the understanding of factors that regulate gene expression and DNA methylation in ALL. In the first study of the thesis we found that data obtained from genome-wide digital gene expression analysis enabled excellent cytogenetic subtype-specific classification of ALL cells and revealed new features of gene expression within the disease, such as prevalent antisense transcription and alternative polyadenylation. In the second study we used technology developed for large-scale single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping for quantitative analysis of allele-specific gene expression (ASE), revealing widespread ASE in ALL cells. Analysis of DNA methylation in promoter regions of the genes displaying ASE using DNA-microarrays revealed frequent regulation of gene expression by DNA methylation. In the third study, using the same DNA methylation array, we identified differences in the DNA methylation patterns in ALL cells at diagnosis compared to healthy mononuclear cells from the bone marrow of the same children at remission. In the fourth study we measured the DNA methylation of >450,000 CpG sites across the genome in a large collection of ALL samples and non-leukemic control cells. We found that ALL cells displayed highly divergent DNA methylation patterns depending on their cytogenetic subtype and widespread regions of differential methylation were enriched for repressive histone marks. DNA methylation levels at distinct regions in the genome were substantially increased at relapse compared to matched cells from diagnosis. Collectively, the results presented in this thesis provide new insights into the patterns of gene expression and epigenetic changes in ALL and further increase our understanding of the development and progression of the disease, which will hopefully lead to better treatment options in the future.